Метод центробежного моделирования

Метод эквивалентных материалов

Моделирование геомеханических процессов (обзор)

Моделирование методом эквивалентных материалов основано на замене естественных, горных пород натуры такими искусственными материалами, показатели физико-механических свойств которых находятся в определенных соотношениях с аналогичными показателями тех же свойств пород натуры. Эти соотношения, определяемые на основании общих положений

теории механического подобия, обеспечивают достижение близкой аналогии в протекании геомеханических процессов, происходящих в натуре и в модели под действием гравитационных сил.

Метод эквивалентных материалов позволяет воспроизводить в модели различное строение толщи пород и полезного ископаемого и осуществлять, в достаточном приближении кнатуре, проведение всех основных горно-технических операций по выемке полезного ископаемого и креплению выработок.

Подбор материалов моделей, удовлетворяющих условиям подобия в отношении их прочностных и деформационных свойств, создание аналогичного натуре структурного строения моделируемой толщи пород, а также применение приборов, имитирующих работу крепей в моделях, позволяют изучать на моделях из эквивалентных материалов широкий комплекс процессов деформирования и разрушения пород, а также взаимодействия их с крепью при образовании и проведении горных выработок.

Моделирование методом эквивалентных материалов является необходимым звеном в общем комплексе методов исследования, применяемых в горной геомеханике. Результаты моделирования облегчают и уточняют интерпретацию шахтных наблюдений, способствуют более точной их постановке и проведению с меньшими затратами. Раскрывая механизм изучаемых процессов, исследования на моделях позволяют во многих случаях построить наиболее правомерную и надежную расчетную схему для решения соответствующих задач горной практики, а рациональное сочетание методов моделирования с методами аналитических расчетов - значительно упростить эти задачи и максимально приблизить расчетные схемы к действительности.

Сущность метода заключается в том, что гравитационные силы, предопределяющие напряженно-деформированное состояние пород на той или иной глубине, заменяются при моделировании силой, развиваемой в центрифуге. Это позволяет при

изготовлении модели применять материал такой же, как и в натуре, что создает известные преимущества перед методом эквивалентных материалов.

При центробежном моделировании геомеханических процессов используется следующее условие подобия

, (7.14)

где N_H - значение предельных напряжений, (сила/ площадь),

U_H - объемный вес пород, (сила/объем);

1_Н - характерный линейный размер.

Если модель изготавливают из материала натуры, то физико-механические свойства модели и натуры одни и те же и, следовательно, , а .Однако тогда для соблюдения условия (7.14) линейные размеры модели и натуры должны быть одинаковы, что практически является невозможным. Поэтому относительное уменьшение геометрических размеров 1_М/1_Н достигаетя увеличением N_М/N _H за счет центробежной силы, развиваемой в центрифуге, где расположена модель.

Интересной особенностью метода является то, что ряд процессов, таких, например, как стабилизация осадки влажных грунтов под действием веса фундаментов, длящихся на практике десятки лет, на модели ускоряются, что позволяет успешно решать практические вопросы, не проводя длительных и трудоемких исследований в натурных условиях, и расширяет возможности метода. В самом деле, при центробежном моделировании все напряжения, в том числе и давление на воду, воспроизводятся в соответствии с действительностью. Вместе с тем, все линейные размеры, в том числе и длина фильтрационных каналов, в модели меньше, чем в действительности.

Дата добавления: 2014-12-25